嫌気性MBRと二段アナモックス法を用いた有機性廃棄物の処理とエネルギー回収
| Project/Area Number |
22KF0037
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| Project/Area Number (Other) |
22F20794 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
李 玉友 東北大学, 工学研究科, 教授 (30201106)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LI QIAN 東北大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2024: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | メタン発酵 / 有機性廃棄物 / バイオガス / 嫌気性MBR法 / バイオチャ / 高度処理 / 二相式アナモックス法 / 窒素除去 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は創エネルギーと低炭素化に対応する有機性廃棄物の革新的処理システムを開発しようとするものである。地域で発生する有機性廃棄物からの効率的メタン生成と発酵液の低炭素型高度処理を同時に実現するために、バイオチャ添加型嫌気性MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットとUASBを含む２段方式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発する。新規融合プロセスの長期連続実験による性能確認、微生物群集構造解析およびシステム評価などを通して、物質収支、エネルギー収支だけでなく、LCA評価も解析して、新しいシステムのエネルギー回収や低炭素化効果を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は創エネルギーと低炭素化に対応する有機性廃棄物の革新的処理システムを開発しようとするものである。地域で発生する有機性廃棄物からの効率的メタン生成と発酵液の低炭素型高度処理を同時に実現するために、バイオチャ添加型嫌気性MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットとUASBを含む２段方式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発する。
R5年度の研究は、主に二槽式アナモックス反応装置を用いた嫌気性膜処理ろ液の高度処理に関する研究を行った。具体的には、嫌気性MBRメタン発酵のろ液について有効容積10LのPN槽と5Lのアナモックス槽を用いて、連続的処理実験を行った。PN槽の窒素負荷は1.5から9kg/m3/dに徐々に高め、流入TN濃度も1500から4500mg/Lまで高めた。亜硝酸/アンモニアの生成比率は1.2前後に維持できた。高濃度4500mg/Lで窒素負荷9kg/m3/dでの安定運転を実現した。また、アナモックス槽では窒素負荷を2から16kg/m3/dまで高めて実験した結果、システム全体の窒素負荷6kg/m3/dで窒素除去率は80%以上を安定的に実現し、最大で94％に達していた。またアナモックス槽で形成したグラニュールは粒径が0.5-3.35mmの範囲に多く存在した。PN槽汚泥のMLVSS濃度が4000mg/L以上を維持して、PN反応活性が1.5-2.5 g-N/g-VSS/dと高かった。アナモックス槽グラニュールのVSS濃度が50-80g/L、活性が0.3 g-N/g-VSS/dであった。なお、微生物群集構造の解析では、PN槽ではPN槽にNitrosomonasが30%以上で優先し、Anammox槽にKueneniaが50%以上で優先した結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は創エネルギーと低炭素化に対応する有機性廃棄物の革新的処理システムを開発しようとするものである。地域で発生する有機性廃棄物からの効率的メタン生成と発酵液の低炭素型高度処理を同時に実現するために、バイオチャ添加型嫌気性MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットとUASBを含む２段方式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発するため、R４年度では主にバイオチャ添加型嫌気性MBRによるメタン生成の基本的性能に関する研究を行った。R5年度では、二槽式アナモックス反応装置を用いた嫌気性膜処理ろ液の高度処理に関する研究を行った。研究は予定通り順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的は創エネルギーと低炭素化に対応する有機性廃棄物の革新的処理システムを開発しようとするものである。地域で発生する有機性廃棄物からの効率的メタン生成と発酵液の低炭素型高度処理を同時に実現するために、バイオチャ添加型嫌気性MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットとUASBを含む２段方式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発する。具体的には、(1)バイオチャ添加型嫌気性MBRによるメタン生成の基本的性能の研究、(2)二段式アナモックスを用いた嫌気性処理ろ液の高度処理、(3) 新規融合プロセスの長期連続実験による性能確認および微生物群集構造解析 、(4) システム評価と設計最適化の研究の課題に取り組む。この一連の研究を通して物質収支、エネルギー収支だけでなく、LCA評価も解析して、新しいシステムのエネルギー回収や低炭素化効果を明らかにする予定である。
R4とR5年度の実験的研究はおおむね計画通りの成果が得られたので、令和６年度以降はシステム評価を中心とした研究を進める予定である。嫌気性MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットとUASB型二槽式アナモックスを用いた窒素除去ユニットを融合した新規システムを構築して、両ユニットのそれぞれの最適条件を明らかにするとともに、物質収支を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Biochar facilitates methanogens evolution by enhancing extracellular electron transfer to boost anaerobic digestion of swine manure under ammonia stress2023
Author(s)
Gaojun Wang, Peng Fu, Bo Zhang, Ji Zhang, Qiuyi Huang, Gaofei Yao, Qian Li, Mawuli Dzakpasu, Jianfeng Zhang, Yu-You Li, Rong Chen
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Journal Title
Bioresource Technology
Volume: 388
Pages: 129773-129773
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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